Интеграция микробной клеточной фабрики с новыми для природы фотобиокаталитическими процессами для de novo биосинтеза D‑гомотриптофана

Микробные клеточные фабрики являются мощным биологическим инструментом для синтеза ценных молекул благодаря высокой устойчивости и селективности, однако присущая натуральным ферментам каталитическая специфичность ограничивает разнообразие продуктов. Хотя фотобиокатализ расширил каталитические возможности ферментов, такие проблемы, как трудоёмкая очистка ферментов, несовместимость с in vivo условиями и сложный синтез нетипичных субстратов, затрудняют фотобиопроизводство. В настоящей работе мы объединяем микробную клеточную фабрику с новой для природы фотобиокаталитической трансформацией в модульной схеме, интегрирующей аэробную ферментацию (Модуль I) и анаэробный фотокатализ (Модуль II) для de novo биосинтеза D-гомотриптофана. В Модуле I мы конструируем Escherichia coli, несущую биосинтетический кластер генов для выработки индол-3-уксусной кислоты (IAA) путём перенаправления метаболического потока и применения стратегий многократного генетического усиления. В Модуле II мы разрабатываем эффективный синергетический фоторедокс/ферментативный синтез D-гомотриптофана из L-серина и IAA с использованием варианта бета-субъединицы триптофансинтазы (TrpB), зависящей от пиридоксальфосфата (PLP). Работа синергично объединяет новые фотобиокаталитические реакции с природным биосинтезом и демонстрирует платформу с потенциалом для будущего биопроизводства нетипичных продуктов.